Wstęp:Silniki o polu osiowym mają płaską szczelinę powietrzną i osiowe pole magnetyczne, dlatego nazywane są również silnikami tarczowymi lub silnikami okrągłymi. Silniki osiowe są kompaktowe, małe, lekkie i charakteryzują się dużą gęstością momentu obrotowego. Pierwszym na świecie silnikiem elektrycznym był generator dyskowy Faradaya.
Charakterystyka silnika tarczowego
1) Płaski kształt i krótki wymiar osiowy, dzięki czemu są szczególnie odpowiednie do zastosowań o ograniczonej przestrzeni.
2) Szczelina powietrzna jest płaska, a pole magnetyczne szczeliny powietrznej jest osiowe, stąd nazwa silnik z polem osiowym.
3) Zasada działania silników tarczowych jest taka sama jak silników kolumnowych.
1. Struktura silnika tarczowego
Silniki tarczowe są dostępne w różnych konfiguracjach, w tym jedno-{0}}tarczowych, dwutarczowych-i kompozytowych-tarczowych.
W tradycyjnych konstrukcjach silników stojan znajduje się na obrzeżu, a wirnik obraca się w środku (patrz rysunek w prawym dolnym rogu). Szczelina między stojanem a wirnikiem jest powierzchnią cylindryczną (patrz lewy dolny rysunek). Półprzezroczysta cylindryczna powierzchnia na rysunku to powierzchnia szczeliny powietrznej. Linie siły magnetycznej są prostopadłe do powierzchni szczeliny powietrznej i równoległe do kierunku średnicy w tym punkcie, co nazywa się promieniowym strumieniem szczeliny powietrznej.
W większości silników-tarczowych zarówno stojan, jak i wirnik mają-kształt tarczy, a szczelina powietrzna pomiędzy nimi jest płaszczyzną prostopadłą do wału silnika. Lewy dolny rysunek przedstawia płaszczyznę szczeliny powietrznej, przedstawioną półprzezroczyście. Linie sił magnetycznych są prostopadłe do płaszczyzny szczeliny powietrznej i równoległe do kierunku wału, co nazywa się osiowym strumieniem szczeliny powietrznej.. 1. Struktura pojedynczego dysku
Konstrukcja jednotarczowa jest prosta, ale aby rozwiązać problem nierównowagi sił osiowych, gęstość momentu obrotowego nie jest zbyt wysoka i jest najczęściej stosowana w generatorach.
2. Wirnik pośredni
Konstrukcja wirnika pośredniego-z podwójnym stojanem (S-R-S) to tarcza wirnika z magnesami zainstalowanymi pośrodku i rdzeniami uzwojenia stojana na obu końcach. Zwiększa się gęstość momentu obrotowego, a przyciąganie magnetyczne rdzeni po obu stronach może się wzajemnie znosić, rozwiązując problem niezrównoważonej siły osiowej. Kolejną zaletą konstrukcji wirnika pośredniego jest bardzo wysoka skuteczność odprowadzania ciepła przez uzwojenia i rdzenie.
Pośrednia konstrukcja wirnika stała się główną konfiguracją, przede wszystkim dlatego, że montaż stojana i wirnika jest łatwiejszy do osiągnięcia przy-precyzyjnym pozycjonowaniu. W jednym pokazanym przykładzie stojan jest bezpośrednio połączony z podwoziem za pomocą spawania. Pośredniej strukturze wirnika odpowiada pośrednia struktura stojana, zwana także wewnętrzną strukturą stojana. W tej konstrukcji dwie tarcze wirnika znajdują się na zewnątrz, a stojan znajduje się wewnątrz.
3. Stojan pośredni
Pośredni stojan-Struktura z podwójnym wirnikiem (R-S-R): Pośrednia konstrukcja stojana ma również podwójną szczelinę powietrzną i może zapewnić równowagę sił osiowych. Jednak ta równowaga znajduje odzwierciedlenie na wale wirnika; każda pojedyncza tarcza wirnika jest nadal poddawana działaniu jednostronnej siły. Dlatego też należy dokładnie obliczyć odkształcenie ugięcia osiowego tarczy wirnika, aby uniknąć dużych nierówności w grubości szczeliny powietrznej.
Unikalną zaletą pośredniej struktury stojana jest jej przydatność do bezrdzeniowych lub cienkich-struktur rdzeniowych. Wadą jest jednak trudność w pozycjonowaniu i montażu stojana. Pośrednia konstrukcja stojana ma gorszą charakterystykę rozpraszania ciepła w porównaniu z pośrednią konstrukcją wirnika, ponieważ uzwojenia są głównym źródłem ciepła. Ponieważ uzwojenia nie stykają się bezpośrednio z pokrywami końcowymi, skuteczność odprowadzania ciepła jest bardzo niska, a ciepło łatwo gromadzi się w tarczach. Dlatego należy zaprojektować dodatkową wewnętrzną ścieżkę powietrza chłodzącego.
4. Wielodyskowa struktura kompozytowa
Wielotarczowa struktura kompozytowa jest zasadniczo osiową superpozycją pośredniej struktury stojana i pośredniej struktury wirnika. Konstrukcja ta może zapewnić wysoką gęstość momentu obrotowego, ale jej montaż i konstrukcja są bardzo złożone i generalnie nie są powszechnie stosowane.
